CN104145346A - 光电子半导体芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种光电子半导体芯片,具有:多个有源区域(1),所述有源区域彼此间隔开地设置;和载体(2),所述载体设置在多个有源区域(1)的下侧(1a)上,其中所述有源区域(1)中的一个具有主延伸方向(R),所述有源区域(1)具有核心区域(10),所述核心区域由第一半导体材料形成,所述有源区域(1)具有有源层(11),所述有源层至少沿横向于所述有源区域(1)的所述主延伸方向(R)的方向(x,y)覆盖所述核心区域(10),并且所述有源区域(1)具有覆盖层(12),所述覆盖层由第二半导体材料形成并且至少沿横向于所述有源区域(11)的所述主延伸方向(R)的方向(x,y)覆盖所述有源层(11)。
Description
技术领域
提出一种光电子半导体芯片。
发明内容
待实现的目的在于:提出一种光电子半导体芯片,所述光电子半导体芯片能够特别有效地运行。
在此描述的光电子半导体芯片尤其是发射辐射的光电子半导体芯片。例如是如下光电子半导体芯片,其在运行时放射UV辐射、可见光或红外辐射。光电子半导体芯片尤其是发光二极管芯片。此外可能的是,半导体芯片是接收辐射的光电子半导体芯片,例如是太阳能电池或者光电二极管。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,光电子半导体芯片包括至少一个有源区域。光电子半导体芯片特别是包括多个有源区域,所述有源区域彼此间隔开地设置。在光电子半导体芯片运行时,在有源区域中产生电磁辐射、特别是光,所述电磁辐射至少部分地离开半导体芯片。替选地,可能的是,在有源区域中电磁辐射转换为载流子。
在此,在极端情况下也可能的是,光电子半导体芯片包括刚好一个有源区域。这种半导体芯片特别是能够在通信技术中使用。
光电子半导体芯片包括多个有源区域,所述有源区域分别彼此以一定间距设置。在此可能的是,有源区域在下侧上和/或在上侧上通过另一元件彼此连接。在该情况下,有源区域在其下侧和其上侧之间的区域中彼此间隔开并且在那里不彼此连接。
有源区域例如能够按照规则的栅格的方式设置。这就是说,有源区域彼此以预设的间距设置,例如在有源区域的上侧的俯视图中能够看到规则的栅格结构,例如矩形栅格或者三角形栅格的结构。然而有源区域的随机的分布也是可行的。
在下文中主要谈到多个有源区域中的一个有源区域。优选大部分的有源区域、特别是所有的有源区域具有对于这一个区域所描述的特性。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,光电子半导体芯片包括载体。载体设置在多个有源区域的下侧上。载体是光电子半导体芯片的机械地承载和支撑多个有源区域的元件。载体例如也能够是光电子半导体芯片的使多个有源区域彼此连接的元件。
载体例如能够是用于有源区域中的至少一部分有源区域的生长衬底。载体对此例如能够由GaAs、硅、玻璃或者蓝宝石形成。此外可能的是,载体包含所提到的材料中的至少一种。如果载体是生长衬底,那么生长衬底保留在半导体芯片中并且特别是不被去除。然而例如通过磨削、刻蚀或者化学-机械抛光打薄生长衬底、即减小生长衬底的厚度,是可行的。
载体能够构成为是辐射可穿透的,例如是透明的、反射辐射的或者是漫散射的。这就是说,例如在有源区域中在半导体芯片运行时产生的或者待检测的电磁辐射能够穿过载体或者在该载体上反射或者散射。
附加地,可能的是,载体构成为是电绝缘的。载体例如能够以辐射可穿透的、电绝缘的材料如蓝宝石形成,所述材料用作为用于多个有源区域的半导体材料的生长衬底。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,有源区域中的至少一个具有主延伸方向。这就是说,有源区域并非在每个空间方向上延伸同等的距离,而是存在一个优选方向、即主延伸方向,有源区域在主延伸方向上具有其最大的延伸。
有源区域例如能够具有圆柱体的形状、截锥体的形状、棱锥的形状或者棱柱的形状,特别是具有六边形的或者三角形的基面。主延伸方向因此是下述方向,在所述方向上,圆柱体的、截锥体的或者棱柱的高度被确定。换句话说,至少一个有源区域通过长形延伸的、三维的本体形成并且例如不具有平面的层的形式。此外有源区域不是连续的、非结构化的层,所述连续的、非结构化的层例如具有平坦的外面。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,至少一个有源区域具有核心区域,所述核心区域由第一半导体材料形成。第一半导体材料在此具有第一传导类型。第一半导体材料例如构成为是n型传导的。第一半导体材料例如能够基于n型掺杂的III/V族半导体材料体系。第一半导体材料例如基于n型掺杂的氮化物半导体材料体系。第一半导体材料因此特别是能够基于n型传导的GaN、InGaN、AlGaN或者AlInGaN。
至少第一半导体材料例如直接沉积到载体的朝向有源区域的外面上。未掺杂的生长层也能够作为第一层沉积,在所述未掺杂的生长层上后续地再次施加n型传导的材料。
有源区域的核心区域尤其沿着主延伸方向延伸并且能够具有与有源区域相同的形状。如果有源区域例如构成为圆柱体或者棱柱的形状,那么核心区域也能够具有圆柱体或者棱柱的形状。核心区域因此特别是能够构成为实心体,所述实心体由第一半导体材料构成。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,至少一个有源区域包括有源层,所述有源层至少沿着横向于有源区域的主延伸方向的方向覆盖核心区域。核心区域例如具有侧表面,所述侧表面能够部分地或者特别是完全地被有源层的材料覆盖。端面也能够至少局部地被覆盖。核心区域在此直接邻接于有源层。在光电子半导体芯片运行时,由光电子半导体芯片产生的辐射在有源区域中并且在那里特别是在有源层中产生。在制造公差的范围中,有源层优选具有均匀的厚度,但是所述厚度能够沿着主延伸方向改变。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,至少一个有源区域具有覆盖层,所述覆盖层由第二半导体材料形成并且至少沿着横向于有源区域的主延伸方向的方向覆盖有源层。因此有源层例如设置在覆盖层和核心区域之间。覆盖层在此能够部分地或者完全地覆盖有源层。在制造公差的范围中,覆盖层优选具有均匀的厚度,但是所述厚度能够沿着主延伸方向改变。
第二半导体材料是不同于第一传导类型的第二传导类型的半导体材料。特别地,第二半导体材料能够基于与第一半导体材料相同的半导体材料体系,然而在此具有不同的掺杂物。如果第一半导体材料例如n型传导地形成,那么第二半导体材料p型传导地形成。第二半导体材料例如基于p-GaN、p-InGaN、p-AlGaN或者p-AlInGaN或者由所给出的材料中的两种或更多种构成的两个或更多个层的堆。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,半导体芯片包括多个有源区域,所述有源区域彼此间隔开地设置。此外光电子半导体芯片包括载体,所述载体设置在多个有源区域的下侧上。在此有源区域中的至少一个具有主延伸方向,该有源区域具有核心区域,所述核心区域由第一半导体材料形成,该有源区域具有有源层,所述有源层至少沿着横向于有源区域的主延伸方向的方向覆盖核心区域,该有源区域具有覆盖层,所述覆盖层由第二半导体材料形成并且至少沿着横向于有源区域的主延伸方向的方向覆盖有源层。
在此,光电子半导体芯片优选包括多个有源区域,所述有源区域例如构造为是相同类型的。在制造公差的范围中,所述有源区域因此能够构成为是相同的。这就是说,有源区域中的每一个因此包括核心区域、有源层和覆盖层,所述核心区域、有源层和覆盖层在制造公差的范围中分别具有相同的材料组分。特别地,可能的是,在制造公差的范围中,光电子半导体芯片的所有有源区域构成为是相同的。然而也可能的是,光电子半导体芯片包括多个有源区域,所述有源区域至少部分地构成为是不同的。有源区域例如能够关于厚度、即沿着横向于主延伸方向的方向的延展和/或长度、即平行于主延伸方向的延展和/或组分彼此区分。因此不同的有源区域能够发射不同颜色的光,使得半导体芯片整体上例如发射白光。
特别是基于GaN的发光二极管的效率在工作电流条件下受所谓的“droop”效应限制。该效应表示随着电流密度或者载流子密度的提高效率显著下降。典型的工作电流因此明显超出效率曲线的最大值。因此,为了在电流不变的情况下产生更高的效率,降低局部的载流子密度是有利的。这例如能够通过增大光电子半导体芯片的横截面来实现或者通过提高有源层的数量来实现。然而这两种方式都是有问题的。
因此增大横截面对于多个应用而言、例如对于在投影设备中使用光电子半导体芯片而言是不切实际的,因为这种增大伴随着集光率的提高。此外,这种解决方案也始终与成本提高相关联,所述成本提高通常与半导体芯片的横截面的提高不成比例。
在此所描述的光电子半导体芯片中,有源区域例如构成为“Core-Shell Nanorods or Microrods”、即“芯-壳纳米棒或者微米棒”。通过光电子半导体芯片的发射辐射的区域被分为多个有源区域、即例如多个芯-壳棒,在运行时产生电磁辐射的有源体积相对于具有唯一的、例如未结构化的有源区域的光电子半导体芯片提高。以这种方式提高了半导体芯片的效率。
由于如下事实:在此所描述的光电子半导体芯片具有多个有源区域,所以在工作电流条件下在载流子密度降低时实现了有源面的显著增大进而实现了效率的提高。此外在彼此间隔开的有源区域外延生长时,相对于闭合的二维的层能够实现有源区域的半导体材料中的应力的减小。
特别地,可能的是,在此所描述的光电子半导体芯片包括一个、多于两个、多于100个、优选多于1000个、尤其是多于10000个或者多于100000个有源区域。例如,有源区域在此在其侧表面的区域中彼此电绝缘。在此可能的是,能够成组地共同操控或者单独地操控有源区域。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,第一半导体材料的生长方向基本上平行于主延伸方向伸展。这就是说,在制造公差的范围中,第一半导体材料的生长方向平行于主延伸方向伸展。即至少一个有源区域的核心区域的第一半导体材料沿着主延伸方向生长。有源区域的有源层以及覆盖层在横向于核心区域的半导体材料的生长方向的方向上并且在与核心区域的半导体材料的生长方向相同的方向上覆盖核心区域。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,有源区域具有在主延伸方向上被确定的长度。这就是说,沿着主延伸方向来测量有源区域的长度。此外有源区域具有在垂直于主延伸方向的方向中被确定的直径或者厚度,即在垂直于主延伸方向的平面中伸展的直径或厚度。所述直径能够沿着主延伸方向变化。光电子半导体芯片的有源区域的、优选所有有源区域的长度与最大直径的比在此至少为一、特别是至少为五,例如在至少五和至多100之间。
有源区域的直径、即厚度在此能够在至少20nm和至多25μm之间。
关于改进材料质量、特别是关于减少有源区域的半导体材料中的错位,具有至少100nm和至多3μm的、尤其是至多1μm的直径的有源区域被证实为是尤其有利的。在这样薄的有源区域中,错位通常不沿着有源区域的总长度遍布所述有源区域,而是由于低的厚度在相对短的路径长度后在有源区域的侧表面处终结,而不延伸超出整个有源区域。此外可能的是,错位沿着有源区域的核心区域的总长度延伸,然而不贯穿核心区域的外面上的有源层。
有源区域在此优选以高的密度来设置、即以高的填充系数来设置。填充系数在此相应于载体的邻接于有源区域的侧的面积与载体的上侧的与有源区域相关联的总面积的比。填充系数优选至少为20%、特别是至少50%、例如至少75%。因此实现了光电子半导体芯片的有源面的显著增大。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,有源区域具有电流扩展层,所述电流扩展层至少沿着横向于主延伸方向的方向覆盖覆盖层,其中电流扩展层对于在运行时在有源层中产生的电磁辐射而言是能穿透的。电流扩展层用于使电流尤其均匀地分布到覆盖层之上。电流扩展层在此特别是与覆盖层直接接触并且能够部分地或者完全地覆盖该覆盖层。如果覆盖层例如由p型传导的氮化物化合物半导体材料形成,那么所述覆盖层具有相对小的横向传导能力。电流扩展层因此引起有源区域的有源层的均匀的通电。电流扩展层例如作为在制造公差的范围中能够具有均匀的厚度的层覆盖覆盖层。
根据光电子光导体芯片的至少一个实施方式,电流扩展层对于在有源区域中产生的电磁辐射构成为是可穿透的。这就是说,电流扩展层在这种情况下是辐射可穿透的。
在此并且在下文中术语“辐射可穿透”是指:辐射可穿透的部件能够使有源层的穿过其的电磁辐射的至少75%通过,而不会吸收该辐射。辐射可穿透的部件在此能够构成为是乳状的、浑浊的或者清澈的、透明的。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,电流扩展层由透明导电氧化物(TCO-transparent conductive oxide)形成。材料如ITO或者ZnO例如适合于形成电流扩展层。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,电流扩展层延伸超出有源区域的长度的至少大部分。特别地,可能的是,电流扩展层在有源区域的整个长度上均匀地覆盖并且在此完全地覆盖覆盖层。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,绝缘材料设置在多个有源区域之间,其中绝缘材料对于在运行时在有源区域中产生的电磁辐射而言是能够穿透的并且绝缘材料至少沿着横向于主延伸方向的方向包围多个有源区域。换句话说,绝缘材料能够填充到有源区域之间的间隙中并且绝缘材料能够填满该间隙,特别是完全地填满该间隙。绝缘材料在此是电绝缘的并且必要时构成为是辐射可穿透的。材料如氧化铝(AlOx)、二氧化硅、氮化硅、类金刚石碳或者聚合物例如适合于作为绝缘材料。
如果电流扩展层也构成为是辐射可穿透的,那么绝缘材料尤其构成为是辐射可穿透的。如果电流扩展层例如构成为辐射可穿透的金属层,那么绝缘材料也能够构成为是辐射可穿透的。
除了各个有源区域的电去耦,绝缘材料还确保保护有源区域防止机械的损坏、大气气体和湿气。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,替选于绝缘材料或者除了绝缘材料以外,可能的是,功能性的材料设置在多个有源区域之间,其中功能性的材料至少沿着横向于主延伸方向的方向包围有源区域并且功能性的材料包括至少一种荧光转换材料和/或至少一种ESD保护材料。该材料的颗粒例如也能够引入到绝缘材料中,使得被填充的绝缘材料形成功能性的材料。荧光转换材料例如适合于将在有源区域中产生的电磁辐射的至少一部分转换为波长更大的电磁辐射。半导体芯片因此例如发射混合辐射、特别是白光。ESD保护材料例如能够是压敏电阻材料如ZnO。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,绝缘材料至少局部地直接邻接于有源区域的外面。
绝缘材料例如完全地覆盖每个有源区域的侧表面并且在那里直接邻接于有源区域的最外部的层、特别是电流扩展层。在该情况下绝缘材料嵌入有源区域。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,掩膜层设置在载体的与多个有源区域相关联的侧上,其中掩膜层对于有源区域中的每个有源层具有开口,所述开口由第一半导体材料穿透。为了制造有源区域,掩膜层例如施加到由第一半导体材料构成的层上或者对载体施加。掩膜层具有通向由第一半导体材料构成的层或者通向载体的开口。形成每个有源区域的核心区域的第一半导体材料因此仅在开口的区域中生长到由第一半导体材料构成的层上或者生长在载体上。通过开口的位置确定有源区域的位置。掩膜层能够保留在制成的光电子半导体芯片中。其开口由第一半导体材料穿透。
如果掩膜层是辐射不可穿透的,那么它也能够从半导体芯片中分离。替选地,不具有掩膜的核心区域的自组织生长也是可行的。在该情况下弃用掩膜。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,掩膜层对于在运行时在有源层中产生的电磁辐射是可穿透的。为此,掩膜层例如能够由与绝缘层相同的材料形成。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,在有源区域的背离载体的上侧上核心区域不具有有源层,并且核心区域与导电的接触层直接接触。这就是说,有源区域的远离载体取向的顶端局部地被去除,其中覆盖层和有源层被去除。核心区域、即特别是有源区域的第一半导体材料以这种方式露出并且能够与导电的接触层直接地电接触。
例如,核心区域构成为是n型传导的。这就是说,有源区域的n型侧的接触借助于导电的接触层是可能的。为了抑制短路或者漏电路径,覆盖层并且必要时电流扩展层通过钝化部与导电的接触层分开。钝化部在此能够与有源区域的核心区域直接接触,进而在有源区域的背离载体的一侧上在所述有源区域的侧表面上例如与覆盖层直接接触并且必要时与电流扩展层直接接触。钝化部在那里能够与核心区域的背离载体的上侧齐平并且在其背离载体的一侧上与导电的接触层直接接触。
钝化例如能够通过借助于电绝缘的材料覆盖覆盖层并且必要时覆盖电流扩展层来实现或者通过钝化覆盖层的半导体材料来实现,例如通过离子注入实现或者例如在氢-等离子体步骤的范围中通过掺杂物的电失活实现或者通过借助于回溅步骤产生表面缺陷实现。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,接触层与光电子半导体芯片的有源区域中的至少大部分、特别是所有的有源区域直接接触。这就是说,所有的核心区域或者所有的核心区域的至少大部分经由唯一的、共同的接触层导电地连接。
接触层在此特别是能够至少局部地在如下平面中延伸,所述平面平行于或者基本上平行于载体的朝向多个有源区域的外面伸展。有源区域因此包含在载体和接触层之间。
有源区域中的至少大部分在此表示光电子半导体芯片的有源区域的至少75%、优选至少85%、特别是至少95%。基本上平行是指:接触层至少局部地在如下平面中伸展,所述平面在制造公差的范围中平行于载体的朝向有源区域的外面伸展。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,接触层对于在运行时在有源区域中产生的电磁辐射而言构成为是可穿透的或者是反射性的。可穿透的接触层例如能够由在上文中所描述的透明导电氧化物形成。反射性的接触层例如能够由反射性的金属、如银、Au、Ti、Pt、Pd、Wf、Os和/或铝形成。在反射性的接触层的情况下,载体优选构成为是辐射可穿透的,由光电子半导体芯片在运行时放射的电磁辐射中的至少大部分因此穿过载体被放射。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式,有源区域在其背离载体的上侧上具有材料剥蚀的痕迹。这就是说,有源区域的核心区域例如通过材料剥蚀的工艺去除。材料剥蚀例如能够是刻蚀、化学-机械的抛光(CPM)或者锯割。用于材料剥蚀的技术在有源区域的材料中产生特征痕迹,所述特征痕迹在制成的构件上能够被证实为材料剥蚀的痕迹。
在此可能的是,由于材料剥蚀,即由于痕迹,扩大了被提供用于通过接触层进行接触的核心区域的面。核心区域的背离载体的一侧例如具有刻面或者粗糙部,所述刻面或者粗糙部相对于平坦的面扩大了接触面。以该方式,更小的接触电阻是可能的。
在此描述的光电子半导体芯片的特征尤其在于下述优点:
半导体芯片能够尤其节省成本地制造,因为所需要的用于制造具有三维的晶体结构(例如三维的芯-壳-结构的光电子半导体芯片)的工艺步骤和工艺过程的数量的是可以实现的。此外三维的晶体结构的接触能够通过标准化的工艺来实现,因为接触本身不需要纳米范围中的分解,而是可借助于接触层实现,所述接触层在所有的有源区域之上延伸。因为为了产生在此所描述的有源区域不需要任何平面的外延结构,所以有源区域也能够外延地生长到非常见的和/或大面积的异质衬底上。尤其能够使用电绝缘的生长衬底。此外,作为半导体材料也能够使用基于GaN的半导体材料,所述基于GaN的半导体材料沿朝着N面的方向生长。在有源区域的沿主延伸方向的长度中的差异能够通过平坦化步骤来补偿,在此不会损害用于接触p型侧的p型传导的区域的特性。但是也可能的是,可放弃平坦化,以便尤其有效地利用每个有源区域的可用的有源面。
附图说明
在下文中结合实施例和相应的附图详细阐述在此所描述的光电子半导体芯片和其制造方法。
结合图1A至1G,借助于示意性的剖视图详细阐述用于制造在此所描述的光电子半导体芯片的一个实施例的方法步骤。
结合图2A至2H,借助于示意性的剖视图详细阐述用于制造在此所描述的光电子半导体芯片的另一个实施例的方法步骤。
结合图3A至3F,借助于示意性的剖视图详细阐述用于制造在此所描述的另一光电子半导体芯片的一个实施例的方法步骤。
结合图4A至4C,根据示意性的剖视图详细阐述用于制造在此所描述的光电子半导体芯片的另一个实施例的方法步骤。
相同的、同类的或者起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图和在附图中所示出的元件的彼此的大小关系不视为是按比例的。更确切地说,为了更好的可示出性和/或为了更好的理解能够夸张大地示出个别元件。
具体实施方式
结合图1A至1G,借助于示意性的剖视图详细阐述用于制造在此所描述的光电子半导体芯片的方法步骤。图1F和1G的示意性的剖视图示出在此所描述的光电子半导体芯片的实施例。
根据图1A,首先载体2设有掩膜层5,所述载体例如是辐射可穿透的、电绝缘的生长衬底例如蓝宝石或者玻璃。有源区域1生长到掩膜层5上。每个有源区域当前例如具有圆柱体的形状。每个有源区域1沿着主延伸方向R延伸。有源区域1例如设置在规则的栅格的栅格点上,所述栅格当前例如是三角形栅格。
有源区域1的每个包括核心区域10。核心区域10当前由n型掺杂的基于GaN的第一半导体材料形成。核心区域10同样具有圆柱体的形状。该圆柱体的侧表面完全由有源层11覆盖,在所述有源层中在光电子半导体芯片运行时例如产生电磁辐射。核心区域10的背离载体2的一侧首先也由有源层11的材料覆盖。
有源层11具有空心圆柱体的形状,其内面完全地被核心区域10的第一半导体材料覆盖。有源层11的外面完全由覆盖层12覆盖,所述覆盖层在图1的实施例中能够由p型掺杂的、基于GaN的第二半导体材料形成。
在接下来的方法步骤、即图1B中,覆盖层12的背离有源层11的外面完全被电流扩展层13覆盖。电流扩展层13对于在有源层11中产生的电磁辐射而言是可穿透的并且例如由TCO材料如ITO构成。替选地,也可能的是,覆盖层12被作为电流扩展层13的特别是反射辐射的接触材料、例如如银和/或铝的金属覆盖。此外可能的是,电流扩展层13填满核心区域10之间的中间区域。因此在这种情况下电流扩展层13不构成为特别是均匀厚度的薄层,而是其形成核心区域之间的填充材料。
在接下来的方法步骤、即图1C中,在有源区域1之间的间隙被绝缘材料4填满。绝缘材料4在此也在其背离载体2的一侧上完全地覆盖有源区域1。绝缘材料4能够直接邻接于每个有源区域1的电流扩展层13的背离核心区域10的外面。绝缘材料4对于在有源层11中产生的电磁辐射优选构成为是可穿透的并且是电绝缘的。绝缘材料4例如由二氧化硅构成。绝缘材料4例如能够借助于旋转涂布、蒸镀、溅射、ALD或者CVD来施加。
可选地,在有源区域1之间的间隙也能够被功能性的材料填满,所述功能性的材料例如用于光电子半导体芯片的ESD保护或者将在有源区中产生的电磁辐射转换为另一波长的电磁辐射。也就是说功能性的材料也能够是包括至少一种荧光转换材料的材料。
接下来,图1D,平坦化例如借助于化学-机械抛光或者借助于干化学工艺实现。在平坦化时,当前电流扩展层13、覆盖层12以及有源层11在每个有源区域1的背离载体2的一侧上被去除。这就是说,每个有源区域的核心区域10露出。每个有源区域的核心区域10在其背离载体2的一侧上具有材料剥蚀的痕迹、即化学-机械抛光的痕迹或者干化学工艺的痕迹。
接下来,图1E,例如通过借助于氢等离子体使p型掺杂的覆盖层失活来产生用于在有源区域1的棱边处露出的覆盖层12的钝化部3。当前,电流扩展层13在其背离载体2的一侧上由钝化部覆盖。
参见图1F或者1G,由于钝化部3,在接下来通过接触层6进行接触时防止了每个有源区域的接触层6和p型传导的区域以及电流扩展层之间的接触。
对于电流扩展层13填充核心区域10之间的中间区域的情况,钝化部3在电流扩展层13上伸展并且以这种方式覆盖核心区域10之间的区域。
根据图1F,为了进行接触使用在整个面上进行反射的接触层。在该情况下在有源区域1中产生的电磁辐射优选穿过载体2耦合输出。替选地,可能的是,接触层6包括介电镜以及导电区域。导电区域例如能够由辐射可穿透的导电氧化物形成。
接触层6通过钝化部3与电流扩展层13电绝缘。
在一个替选的实施方式中,参见图1G,接触层6由辐射可穿透的导电材料例如TCO材料如ITO形成。因此电磁辐射穿过接触层6的背离载体2的一侧的耦合输出例如也是可能的。能够以这种方式产生体积发射器。为了改进耦合输出,覆盖层6的背离载体2的一侧能够包含粗糙部,所述粗糙部降低全反射的可能性。
进行接触能够如在图1F和1G中所说明的那样从该侧或者也从覆盖层6的背离载体2的一侧进行。
在图2A至2I中详细阐述了用于制造在此所描述的光电子半导体芯片的另一个方法。结合图2H和2I,借助于剖视图详细描述在此所描述的光电子半导体芯片的实施例。
与结合图1A至1G所描述的实施例不同,在图2的实施例中绝缘材料4被回蚀,在绝缘材料4的背离载体2的一侧上继续露出直至有源区域1,参见图2D。替选地,可能的是,借助于绝缘材料4的填满在步骤2C中不超出有源区域1的背离载体2的一侧,而是仅填满直至确定的填充高度,所述填充高度高出有源区域1。
接下来每个有源区域1的顶端以湿化学的方式被剥蚀,例如通过借助于热KOH的刻蚀。由于所使用的第一半导体材料的晶体结构,这造成刻面进而造成每个有源区域1的核心区域10上的接触面增大。有源区域1的上侧1b在核心区域的区域中在湿化学工艺之后例如分别具有棱锥形的顶端。
在方法步骤2F中再次产生钝化部3,或者如在上文中所描述的那样通过钝化p型传导的半导体材料或者通过重新施加绝缘材料4来产生(对此参见图2F和2G)。接下来,图2H和2I借助于如已结合图1F和1G所阐述的接触层进行接触。由于通过刻面而增大的接触面,尤其高密度的电流能够馈入每个核心区域中。
结合图3A至3F详细阐述用于制造在此所描述的光电子半导体芯片的另一个方法。在该方法中不进行任何平坦化步骤,这就是说,有源区域1的长度不彼此适配。以这种方式使用各个有源区域的自然出现的不同的长度,这就是说,有效地使用每个有源区域1的有源层11的尽可能大的部分。因此不同于在上文中所描述的方法,在方法步骤3c中不以包覆的方式施加绝缘材料4,而是作为高一致性的薄层来施加,例如通过ALD法。附加地能够将其它绝缘材料7的层引入到有源区域之间,所述层在主延伸方向R上不突出于有源区域1。接下来,参见图3E,通过刻蚀去除绝缘材料4、7。通过提高有源区域1之间的绝缘材料的厚度,核心区域10能够在有源区域1的上侧1b上露出,而不用完全地去除有源区域1之间的钝化材料7。替选地可设想,在有源区域的上侧1b上以提高的刻蚀率来刻蚀。在每种情况下,每个有源区域1的核心区域10在背离载体2的上侧1b上露出。
露出通过干化学的或者湿化学的工艺来实现,例如通过例如借助于ICP RIE(电感耦合等离子体反应离子刻蚀,Inductively coupled plasmareactive ion etching)、或者KOH的等离子体刻蚀来实现,所述干化学的或者湿化学的工艺除了能够在每个有源区域1的核心区域10的区域中造成刻面还能够造成接触面增大。
接下来例如结合图2F或者2G描述钝化部3的制造。
最后将接触层6施加到有源区域1的背离载体2的、能够平坦化地构成的侧上。接触层6在此能够如在上文中所描述的那样构成为是辐射可穿透的或者是反射辐射的。
结合图4A至4C描述在此所描述的方法的另一个实施例,所述实施例能够作为在上文中所描述的方法的变型方案应用。图4C在示意性的剖视图中示出相应制造的光电子半导体芯片。
不同于在上文中所描述的方法,在该实施例中不将电流扩展层13直接施加到掩膜层5上,而是在施加电流扩展层13之前借助于绝缘材料4钝化有源区域1的末端。绝缘材料4例如能够通过旋涂工艺来涂覆。有源区域1在主延伸方向R的方向上突出于绝缘材料4(对此参见图4B)。紧接着进行其它的处理,例如结合图1B至1G所描述的那样。末端处的钝化在此产生如下光电子半导体芯片,在所述光电子半导体芯片中出现泄漏电流的可能性被降低。
本发明不通过借助于实施例的描述而受限于此。更确切地说,本发明包括每个新的特征和特征的每个组合,这特别是包含权利要求中的特征的每个组合,即使该特征或者该组合本身在权利要求中或者实施例中没有明确给出时也是如此。
本申请要求德国专利申请102012101718.2的优先权,其公开内容通过参引并入本文。
Claims (16)
1.一种光电子半导体芯片,具有:
-至少一个有源区域(1)、特别是多个有源区域(1),所述有源区域彼此间隔开地设置;和
-载体(2),所述载体设置在所述有源区域(1)的下侧(1a)上,其中
-所述有源区域(1)中的一个具有主延伸方向(R),
-所述有源区域(1)具有核心区域(10),所述核心区域由第一半导体材料形成,
-所述有源区域(1)具有有源层(11),所述有源层至少沿横向于所述有源区域(1)的所述主延伸方向(R)的方向(x,y)覆盖所述核心区域(10),并且
-所述有源区域(1)具有覆盖层(12),所述覆盖层由第二半导体材料形成并且至少沿横向于所述有源区域(11)的所述主延伸方向(R)的方向(x,y)覆盖所述有源层(11)。
2.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片,
具有多个有源区域(1),其中
-在每个有源区域(1)的背离所述载体(2)的所述上侧(1b)上,所述有源区域(1)的所述核心区域(10)不具有所述有源层(11)并且与导电的接触层(6)直接接触,并且
-所述接触层(6)与至少大部分的有源区域或者所有的有源区域(1)的所述核心区域(10)直接接触并且局部地在平面中延伸,所述平面平行于或者基本上平行于所述载体的朝向多个所述有源区域(1)的外面(2a)伸展。
3.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片,
其中至少所述第一半导体材料外延地沉积到所述载体(2)上。
4.根据上一项权利要求所述的光电子半导体芯片,
其中所述第一半导体材料的生长方向(z)平行于或者基本上平行于所述主延伸方向(R)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片,
其中所述有源区域(1)具有沿主延伸方向(R)被确定的长度(L),并且所述有源区域(1)具有在垂直于所述主延伸方向(R)的平面中被确定的直径(D),其中长度(L)与直径(D)的比至少为1。
6.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片,
其中所述有源区域(1)具有电流扩展层(13),所述电流扩展层至少沿横向于所述主延伸方向(R)的方向(x,y)覆盖所述覆盖层(12)。
7.根据上一项权利要求所述的光电子半导体芯片,
其中所述电流扩展层(13)对于在运行时在所述有源层(11)中产生的电磁辐射而言是可穿透的并且特别是由透明的导电氧化物形成。
8.根据上两项权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片,
其中所述电流扩展层(13)在所述有源区域(1)的至少大部分的所述长度(L)的范围延伸。
9.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片,
其中绝缘材料(4)设置在多个所述有源区域(1)之间,其中所述绝缘材料(4)至少沿横向于所述主延伸方向(R)的方向(x,y)包围所述有源区域(1)。
10.根据上一项权利要求所述的光电子半导体芯片,
其中所述绝缘材料(4)至少局部地直接邻接于所述有源区域的所述外面、特别是所述电流扩展层(13)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片,
其中掩膜层(5)设置在所述载体的朝向多个所述有源区域(1)的一侧上,其中所述掩膜层(5)对于所述有源区域(1)中的每一个具有通向所述载体(2)的开口(5a),所述开口由所述第一半导体材料穿透。
12.根据上一项权利要求所述的光电子半导体芯片,
其中所述掩膜层(5)局部地直接邻接于所述绝缘材料(4)。
13.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片,
其中在所述有源区域(1)的背离所述载体(2)的所述上侧(1b)上,所述核心区域(10)不具有所述有源层(11)并且与导电的接触层(6)直接接触。
14.根据上一项权利要求所述的光电子半导体芯片,
其中所述接触层(6)与至少大部分有源区域、特别是所有的有源区域(1)的所述核心区域(10)直接接触,并且所述接触层局部地在平面中延伸,所述平面平行于或者基本上平行于所述载体的朝向多个所述有源区域(1)的外面(2a)伸展。
15.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片,
其中功能性的材料设置在多个所述有源区域(1)之间,其中所述功能性的材料至少沿横向于所述主延伸方向(R)的方向(x,y)包围所述有源区域(1),并且所述功能性的材料包括至少一种荧光转换材料和/或至少一种ESD保护材料。
16.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片,
其中所述有源区域(1)在其背离所述载体(2)的上侧(1b)上具有材料剥蚀的痕迹。
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